[發明專利]非對稱大直徑直齒圓柱齒輪冷精密成形裝置

有效

• 申請號: 201310142874.6
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103192016A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 劉華;孫紅星;劉百宣;王偉欽;劉丹;王濤;張義帥
• 申請（專利權）人: 鄭州機械研究所
• 主分類號: B21J9/06
• 分類號: B21J9/06;B21J13/02;B21J9/12;B21J13/08
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民

技術領域

本發明屬于機械制造行業中冷精密成形技術，具體是一種適用于大直徑（齒頂圓直徑150mm以上）非對稱形狀復雜直齒圓柱齒輪生產的非對稱大直徑直齒圓柱齒輪冷精密成形裝置。

背景技術

目前H/D（高度H與直徑D）較大的齒輪可用正擠壓方法解決已不是工程難度，但圓柱齒輪大多數是平扁形的，非對稱大直徑直齒圓柱齒輪形狀復雜并且非對稱，齒輪輪輻和中心沉孔需要鍛出，齒輪上下兩端面凸臺高度不同，這些都給齒輪成形帶來很大難度。一般H/D<1/2～1/10，而扁平型齒輪，只能采用帶齒形的沖頭，在齒形凹模中鐓粗毛坯，使毛坯徑向流動而成形，如圖1所示，由于凹模7的齒形是逐步變窄的，所以要徑向流動充滿齒形是相當困難的，或需要相當高的加壓應力（可高達3000～4000Mpa），使模具承受不了，冷鍛模具最高許用應力一般為≤2500Mpa，所以圓柱齒輪冷成形的最大難點是要尋求既能使齒形充滿而模具受力不超過許用范圍的冷成形方法。

目前國內外研究比較多的是研究直齒圓柱齒輪的冷成形方法，因它與斜齒圓柱齒輪成形同樣有成形應力高的問題。圖2為日本的二步法冷成形齒輪的工藝圖，第一步先預成形，成形出沒有充滿齒形的預成形坯料，高度比終成形的齒輪要高，然后把該坯料沖孔，將這個帶孔的預成形坯料再進行第二步終成形，用中孔分流成形來降低成形應力，使成形應力控制在模具許用應力范圍，其它國家也用類似的二步法進行研究，我國南昌大學用Al、Pb等材料對不同成形方法進行模擬試驗，但均未用鋼材進行試驗。某大學用二步成形法，中孔分流減壓措施，其成形應力仍高達3000Mpa。日本學者Koji?Harada;Hisanobu?Kanamaru二人研究了斜齒圓柱齒輪的冷成形方法（美國專利號：5746085），采用兩步雙向鐓擠方法成形，如圖3所示。第一步雙向成形一個斜齒圓柱齒輪的初形，第二步進行雙向成形把初形鐓成最終產品（H>h），用兩步冷成形工藝復雜，需要預成形、終成形，有的需要中間退火及潤滑。要把已預成形的斜齒圓柱齒輪初坯再放入斜齒凹模比較困難，不便于工業應用。國內對直徑較小齒輪的研究較多，對大直徑齒輪的冷鍛工藝研究尚屬空白。

發明內容

本發明的目的正是為了克服上述現有技術所存在的問題與不足，而研究提供一種非對稱大直徑直齒圓柱齒輪冷精密成形裝置，該裝置可一步直接成形非對稱大直徑直齒圓柱齒輪，其成形齒輪精度達到8級。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明的非對稱大直徑直齒圓柱齒輪冷精密成形裝置包括由移動橫梁、安裝在移動橫梁中部設置的模具安放腔內的凹模組成的運動凹模，所述移動橫梁通過對稱、豎直設置的油缸安裝在機座上；在所述凹模上方以與凹模共軸線的方式由外至內依次設置有中空柱形結構的上外沖頭、通過環形結構的上中油缸驅動的中空柱形結構的上中沖頭、通過上內油缸驅動的柱形結構的上內沖頭；在所述凹模下方以與凹模共軸線的方式由外至內依次設置有中空柱形結構的下外沖頭、通過環形結構的下中油缸驅動的中空柱形結構的下中沖頭、通過下內油缸驅動的柱形結構的下內沖頭；且所述的上外沖頭和下外沖頭的外徑均小于凹模模腔的內徑。

由于本發明在單動壓力機上采用內、中、外沖頭雙向可控鐓擠方式，在壓力機運行下，各個沖頭行程由液壓油缸在一定范圍下控制調整，使得齒輪毛坯在冷作模具材料強度允許應力（2500Mpa）范圍內一步成形出齒形充滿的非對稱大直徑直齒圓柱齒輪。

利用本發明的成形裝置，更換上下內、中、外沖頭及凹模即可雙向可控鐓擠成形其它形狀零件。

本發明的有益效果如下：

1、工藝簡單流程短，達到冷精密成形的高效、節能、節材的目的；

2、只需要一步法的一套成形模架，即可成形非對稱大直徑直齒圓柱齒輪，節省了模具材料及加工非用；

3、本發明與已有的斜齒輪冷成形裝置相比，設置了一個可控的移動橫梁，使凹模的運動實時可控，以調節雙向擠鐓時上下不同速率，達到成形形狀不對稱的圓柱齒輪目的，也可調整合適的速率比成形形狀對稱的圓柱齒輪，所以應用范圍擴大了，可成形不同形狀的直齒、斜齒圓柱齒輪。由于設置了上下內、中油缸，上下內、中沖頭的移動可以自由調節，可以根據需要調節分流空間，成形形狀較復雜的齒輪或其他鍛件；

4、齒輪齒形精度高，生產效率高。

附圖說明

圖1現有技術的斜齒圓柱齒輪鐓擠徑向流動成形示意圖。

圖中：1’為沖頭，2’為凹模，3’為坯料，4’為墊板。

圖2日本的二步法冷成形齒輪的工藝圖。